核反应检测装置、方法以及程序制造方法及图纸

核反应检测装置具备：FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)(100)，其配置于粒子放射线入射的环境中，并形成有用户电路(101)，该用户电路(101)构成为在FPGA所包含的半导体元件中产生SEU(Single Event Upset：单粒子翻转)时输出与正常时不同的值；以及SEF检测部(210)，其基于来自所述FPGA(100)的用户电路(101)的输出值，检测在用户电路中发生了异常动作(SEF)。户电路中发生了异常动作(SEF)。户电路中发生了异常动作(SEF)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核反应检测装置、方法以及程序


[0001]本专利技术涉及确定粒子线的能量，并进行该粒子的能量的SEU截面测定的技术。

技术介绍

[0002]为了测定SEU(Single Event Upset：单粒子翻转)截面的能量依赖性，以往通过照射特定能量的粒子束来测定SEU截面。例如，CYRIC(Cyclotron and Radioisotope Center：回旋加速器和放射性同位素中心)、TSL(The Svedberg Lab.)作为单色/准单色中子源而已知，通过仅生成特定的能量，能够求出由该能量的粒子引起的SEU截面(非专利文献1)。
[0003]在此，SEU是指单一的粒子(中子、质子、重粒子等)入射到存储器等LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)并通过核反应生成的电荷，由此使保存于LSI的数据(位)反转的现象。另外，SEU也被称为软错误。
[0004]另外，SEU截面(SEU Cross Section)是指表示粒子产生SEU的比例的尺度。若将对半导体照射注量(fluence)Φ[n/cm2](入射至单位面积的粒子的总数)的粒子时产生的SEU的数量设为N，则由下述式(1)表示SEU截面。
[0005][数式1][0006]SEU截面＝N/Ф
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式(1)
[0007]另一方面，作为以往检测粒子放射线的能量的方法，有飞行时间法。飞行时间法是通过测量飞行一定距离所需的时间来计算粒子的速度，并转换为粒子能量的方法。作为本方式的使用例，例如对作为粒子放射线的一种的中子的飞行时间法进行说明。中子的能量E与中子的速度v的平方成正比，由下述式(2)表示。另外，m为中子的质量。
[0008][数式2][0009][0010]因此，使用加速器、原子反应堆生成脉冲中子，在一定距离设置检测器，测定脉冲中子的生成时间与中子被检测器检测出的时间之差(飞行时间)，由此能够确定该中子的能量。这样，飞行时间法作为求出中子能量的方法而被广泛使用。
[0011]现有技术文献
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1：Eishi H.Ibe，“Terrestrial Radiation Effects in ULSI Devices and Electronic Systems”，pp.84
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105，John Wiley&Sons Singapore Pte.Ltd，2015.

技术实现思路

[0014]专利技术要解决的课题
[0015]作为确定产生软错误的粒子的能量的方法，在使用作为现有技术的单色源的情况下，特别是在中子的情况下，只能生成断续的能量，难以测定连续的SEU截面。
[0016]另外，产生SEU的粒子是MeV级的高速粒子。图6表示飞行20m时的中子的能量与飞行时间的关系。这样，高能量粒子的飞行时间为ns～μs级。另一方面，作为检测SEU的方法，有使用检错码(CRC(Cyclic Redundancy Check：循环冗余校验)、奇偶校验位(Parity)、ECC(Error Correction Code：纠错码)等)来检测数据错误比特。但是，例如在SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)的情况下，可动作的频率即使快也是1GHz，以1个时钟周期中读出的比特数最多是64，因此，读出1Mbit需要约15μs。另外，FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)的配置RAM也能够使用检错码进行检测，但检查整个区域需要数m～数10msec。这样，难以使用检错码来检测高能量粒子的飞行时间。
[0017]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种检测速度为高速的核反应检测装置、方法以及程序。
[0018]用于解决课题的手段
[0019]为了实现上述目的，本申请专利技术的核反应检测装置的特征在于，具备：FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)，其配置在粒子放射线入射的环境中，形成有用户电路，该用户电路构成为在FPGA所包含的半导体元件中产生SEU(Single Event Upset：单粒子翻转)时输出与正常时不同的值；以及异常动作检测部，其基于来自所述FPGA的用户电路的输出值，检测用户电路中发生了异常动作。
[0020]专利技术效果
[0021]根据本专利技术，将FPGA的用户电路构成为因SEU的产生而输出异常动作，因此能够以FPGA100的动作时钟级(order)来检测出SEU的产生。即，能够高速地检测出SEU的产生，由此SEU产生时刻的测量精度较高。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的实施方式的核反应检测装置的结构图。
[0023]图2是说明FPGA的内部结构的图。
[0024]图3是说明FPGA的CLB的内部结构以及SEF的产生的图。
[0025]图4是说明FPGA的SM的内部结构以及SEF的产生的图。
[0026]图5是说明FPGA中的存储监视电路的动作的图。
[0027]图6表示中子的能量与飞行时间的关系的图。
具体实施方式
[0028]参照图1～图5，对本专利技术的一个实施方式的核反应检测装置进行说明。图1是本专利技术的实施方式的核反应检测装置的结构图，图2是说明FPGA的内部结构的图，图3是说明FPGA的CLB的内部结构以及SEF的产生的图，图4是说明FPGA的SM的内部结构以及SEF的产生的图，图5是说明FPGA中的存储监视电路的动作的图。
[0029]在本实施方式中，以纳秒级检测出由SEU产生的错误，因此使用飞行时间法确定产生了SEU的粒子的能量，根据照射的粒子注量(particle fluence)，测定该能量的SEU截面(cross section)。具体而言，如图1所示，使用SRAM型FPGA100的用户电路101来检测出SEU。本实施方式的FPGA配置于粒子放射线入射的环境中，形成有用户电路，该用户电路构成为在FPGA所包含的半导体元件中产生SEU时输出与正常时不同的值。
[0030]首先，对FPGA的一般的内部结构以及SEU的检测原理进行说明。如图2所示，FPGA具备构成逻辑的CLB(Configuration Logic Block：配置逻辑块)、实现输入输出功能的IOB(Input Output Block：输入输出块)、实现要素间的连接的连接要素即SM(Switch Matrix：切换矩阵)、PSB(Programmable Switch BOX：可编程切换箱)。
[0031]如图3所示，CLB具备LUT(Look Up Table：查找表)和FF(Flip Flop：触发器)，能够基于由LUT的SRAM制作的CRAM(配置RAM)的数据来控制输出值，构成各种基本电路。如果在该LUT内的CRAM中产生SEU，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种核反应检测装置，其特征在于，具备：FPGA，其配置于粒子放射线入射的环境中，并形成有用户电路，该用户电路构成为在FPGA所包含的半导体元件中产生SEU时输出与正常时不同的值，其中，所述FPGA为现场可编程门阵列，所述SEU为单粒子翻转；以及异常动作检测部，其根据来自所述FPGA的用户电路的输出值，检测在用户电路中发生了异常动作。2.根据权利要求1所述的核反应检测装置，其特征在于，所述用户电路具备：存储电路部；以及存储监视电路部，其以FPGA的时钟周期监视存储电路部中包含的各数据，检测任意一个数据的值有变化并输出检测结果。3.根据权利要求2所述的核反应检测装置，其特征在于，所述存储监视电路部具备：数据更新电路部，其使存储电路部的全部数据的值相同且以时钟周期发生变化；数据比较电路部，其对存储电路部的各数据进行比较；以及检测电路部，其基于数据比较电路部的比较结果来检测各数据的值变成不相同的情况并输出检测结果。4.根据权利要求1～3中任一项所述的核反应检测装置，其特征在于，所述核...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩下秀德，船津玄太郎，古坂道弘，加美山隆，佐藤博隆，鬼柳善明，
申请(专利权)人：国立大学法人北海道大学国立大学法人东海国立大学机构，
类型：发明
国别省市：